[發(fā)明專利]一種基于液體導(dǎo)熱的電介質(zhì)熱刺激電流測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810449900.2
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108593996B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林莘;楊明智;溫苗;高佳;翟芷萱;李曉龍;王文杰;周旭東
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

1.一種基于液體導(dǎo)熱的電介質(zhì)熱刺激電流測量裝置，其特征在于：包括直流電壓系統(tǒng)、電流測量系統(tǒng)、溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)和真空系統(tǒng)；

所述直流電壓系統(tǒng)包括直流高壓電源、保護電阻和選擇開關(guān)；高壓直流電源的正輸出端與保護電阻串聯(lián)連接選擇開關(guān)的S₁，負輸出端接地；

所述電流測量系統(tǒng)包括靜電計、恒溫箱、測量電極、液體循環(huán)管路、保護電路和上位機；所述靜電計一端接地，另一端與測量電極的下電極連接，且靜電計兩端并聯(lián)保護電路；所述恒溫箱箱體接地，分別通過電流信號引入接線端和引出接線端與靜電計和選擇開關(guān)連接；所述測量電極分為上電極和下電極，上電極和下電極之間放置電介質(zhì)材料試樣；同時，測量電極通過液體循環(huán)管路與溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)連接；所述液體循環(huán)管路兩端均為Y型管路，一端的Y型管路分別與測量電極的上電極和下電極相連；所述保護電路的一端與靜電計連接，另一端接地；所述靜電計采用IEEE488接口與上位機連接；

所述溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)包括循環(huán)浴系統(tǒng)、低溫制冷設(shè)備和溫控裝置；所述循環(huán)浴系統(tǒng)包括高溫循環(huán)浴和低溫循環(huán)浴，分別與液體循環(huán)管路另一端的Y型管路相連；所述高溫循環(huán)浴及低溫循環(huán)浴均在電流測量系統(tǒng)外側(cè)；所述高溫循環(huán)浴包括高溫水泵和第一加熱裝置；所述高溫水泵的出水管通過管路與液體循環(huán)管路相連；所述低溫循環(huán)浴包括低溫水泵和第二加熱裝置，并放置于低溫制冷設(shè)備內(nèi)；所述低溫水泵的出水管通過管路與液體循環(huán)管路相連；所述高溫水泵和低溫水泵與液體循環(huán)管路相連的管路上均設(shè)有閥門；所述第一加熱裝置與第二加熱裝置均包括加熱電源和加熱器；且第一加熱裝置與第二加熱裝置均通過線路與外接電源及溫控裝置相連；

所述低溫制冷設(shè)備包括壓縮機、制冷箱、熱交換器、冷凝器、儲存器和膨脹閥；所述壓縮機、熱交換器、膨脹閥、儲存器和冷凝器串聯(lián)構(gòu)成回路；所述熱交換器還通過管路與制冷箱相連；所述壓縮機還與用于驅(qū)動的電動機相連；

所述溫控裝置包括第一溫控裝置、第二溫控裝置和第三溫控裝置；所述第一溫控裝置通過線路與高溫循環(huán)浴內(nèi)加熱裝置連接；所述第二溫控裝置通過線路與低溫循環(huán)浴內(nèi)加熱裝置連接；所述第三溫控裝置通過線路分別連接制冷箱、熱交換器和膨脹閥；所述熱交換器通過線路與制冷箱相連；所述溫控裝置通過傳輸線與上位機連接，實現(xiàn)對溫度信號的實時查詢和記錄。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液體導(dǎo)熱的電介質(zhì)熱刺激電流測量裝置，其特征在于：所述真空系統(tǒng)包括儲氣罐、壓縮機、過濾吸收裝置和真空泵氣體連接管路；所述儲氣罐通過管路與恒溫箱連接；同時，儲氣罐還通過氣體連接管路分別連接壓縮機和真空泵，真空泵連接過濾吸收裝置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液體導(dǎo)熱的電介質(zhì)熱刺激電流測量裝置，其特征在于：所述保護電阻為固體無感電阻，起到對電路限流保護的作用，兩端分別連接高壓直流電源和選擇開關(guān)；所述選擇開關(guān)為單刀雙擲開關(guān)，用于對電介質(zhì)材料極化過程和去極化過程的切換。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液體導(dǎo)熱的電介質(zhì)熱刺激電流測量裝置，其特征在于：所述靜電計電流測量范圍為1fA-20mA，用于測量弱電流；所述上位機內(nèi)置采用SCPI語言命令編寫的應(yīng)用軟件；所述應(yīng)用軟件進行數(shù)據(jù)的采集并寫入上位機硬盤當(dāng)中；所述測量電極的上電極和下電極均為由黃銅制成的柱狀罐體，兼具液體容器的功能；所述保護電路由一個雙向二極管及濾波電容與靜電計并聯(lián)組成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液體導(dǎo)熱的電介質(zhì)熱刺激電流測量裝置，其特征在于：所述高溫水泵和低溫水泵為兩臺能夠在實驗溫度條件下穩(wěn)定運行的特種電機，為循環(huán)浴中的液體循環(huán)提供動力。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液體導(dǎo)熱的電介質(zhì)熱刺激電流測量裝置，其特征在于：所述加熱電源連續(xù)可調(diào)，實時顯示當(dāng)前電壓電流及功率，在工作時通過直接旋轉(zhuǎn)面板上旋鈕隨時隨意調(diào)整電源的電壓大小；所述加熱器為聚酰亞胺PI加熱薄膜。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液體導(dǎo)熱的電介質(zhì)熱刺激電流測量裝置，其特征在于：所述循環(huán)浴系統(tǒng)內(nèi)流體均為乙二醇與去離子水混合后的水溶液。

8.采用權(quán)利要求1所述的基于液體導(dǎo)熱的電介質(zhì)熱刺激電流測量裝置進行電介質(zhì)熱刺激電流測量的方法，包括以下步驟：

步驟1：利用真空系統(tǒng)除去恒溫箱內(nèi)殘余的氣體，將恒溫箱抽真空，減小空氣流動對電流測量的干擾；

步驟2：利用高溫循環(huán)浴內(nèi)部加熱裝置配合外部溫控設(shè)備，使其內(nèi)部流體保持恒定高溫，使電介質(zhì)材料試樣的溫度上升到設(shè)定的極化溫度T_p，并保持該溫度；

步驟3：將選擇開關(guān)閉合到直流高壓電源側(cè)S₁，對電介質(zhì)材料試樣施加極化電壓V_p一定時間，該時間為極化時間t_p；

步驟4：保持極化電壓V_p不變，利用低溫循環(huán)浴外部冷卻裝置配合外部溫控設(shè)備使電介質(zhì)材料試樣迅速降低到設(shè)定低溫T₀；

步驟5：將選擇開關(guān)閉合到S₂，撤掉極化電壓V_p；通過電流表會觀測到微弱的電流流過，這是試樣表面的雜散電荷，隨時間的推移這種電流會逐漸減弱，等到電流減到零時，則電介質(zhì)材料試樣表面雜散電荷已經(jīng)被消除；

步驟6：關(guān)閉低溫循環(huán)浴所在制冷箱的制冷功能，并開啟第二加熱裝置及溫控裝置，利用溫控裝置中的反饋電路，調(diào)節(jié)加熱功率，使循環(huán)液體勻速升溫到T_c，測量循環(huán)液體勻速升溫到T_c這個過程電流信號，從溫控裝置上獲取TSC曲線的實時溫度數(shù)據(jù)；

步驟7：改變極化溫度T_p，重復(fù)步驟2-步驟6，并從上位機上得到不同極化溫度下的TSC曲線；

步驟8：改變極化電壓V_p，重復(fù)步驟2-步驟6，并從上位機上得到不同極化電壓下的TSC曲線；

步驟9：改變極化時間t_p，重復(fù)步驟2-步驟6，并從上位機上得到不同極化時間下的TSC曲線。